崗頭隧洞右洞進口塌方分析

袁 浩，李會芬

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程概況

崗頭隧洞位于河北省保定市滿城縣境內，是南水北調中線工程上的一座大型建筑物，設計流量125m3/s，加大流量1503/s，設計水頭0.345m。工程全長1800m，由進口段、洞身段、出口段3部分組成。其中隧洞洞身段長1650m，雙洞線布置，隧洞縱坡1/6440，采用無壓流圓拱直墻型斷面。斷面結構根據沿線地質情況采用鋼筋混凝土全斷面襯砌或錨噴支護混凝土組合襯砌兩種型式。

施工過程中，2006年7月2日1：00點至7月12日晚，右洞進口左側洞臉部位共發生4次坍塌，從崗頭隧洞右洞進口左側墻及左側頂拱部位擴展至分流墩中心線至右洞右側洞臉，寬15m；高度范圍為分流墩右側墻腳至洞臉三級馬道，最高20m； 縱向范圍為378+456～378+466，長10m。總塌滑面積300m2，塌滑總量600m3。

2 工程地質

2.1 地形地貌

崗頭隧洞進、出口為斜坡地貌、漸變段地面高程70.0～84.0m，隧洞進、出口地面高程90.0～97.0m，山頂最大高程293.0m。進口段山體坡度較陡，出口段較緩。

2.2 地層巖性

該區出露地層由薊縣系霧迷山組碳酸巖類與第四系松散地層組成，地層巖性由老至新分述如下：

（1）薊縣系霧迷山組第三段，燧石條帶白云巖，中厚層，青～灰白色，層狀構造，厚度大于160m。巖層為緩傾，產狀局部變化較大。

（2）輝綠巖脈，黃綠色，風化嚴重，為時代不明的侵入體，在進口附近有兩條侵入巖脈，巖脈寬0.5～1.2m。

（3）第四系（Q），中更新統坡殘積紅黏土夾碎石，上更新統中段沖洪積物黃土狀壤土，全新統人工堆積碎石。

2.3 地質構造與地震

崗頭隧洞處于舒緩向斜構造之中，向斜軸部位于樁號379+324附近，發現2條規模較大的斷層和5條小斷層。

建筑物區所處地段屬三級構造單元太行山隆起東部邊緣，區域構造建筑物以左25km有紫荊關斷裂；建筑物以右17km有徐水斷裂； 北高昌斷裂為走向NW向的隱伏斷裂，切斷了NE向的徐水斷裂，延伸長度20km。3條區域性斷裂第四紀全新世以來從未有活動，屬穩定區。本區地震動峰值加速度0.05g，地震動反應譜特征周期0.45s，相當于地震基本烈度6°區。

2.4 地質條件

2.4.1 進口段

進口段圍巖為薊縣系霧迷山組第三段燧石條帶白云巖，巖塊堅硬，單層厚度20～80cm，局部夾2～5cm薄層，層理面有泥膜。洞口進洞正上方洞臉節理發育，穩定性較差，在洞口樁號378+467發育1條寬大構造裂隙帶P3破碎帶，破碎帶總體走向NE55°、傾向SE、傾角75°～85°，貫穿隧洞左右兩洞，寬度較大，左壁達20～25m，右壁寬度50～60m；破碎帶內為黃紅～紅褐色碎石黏土，黏土與巖石交錯分布，節理裂隙面銹染嚴重，穩定性差，隧洞進口處50m內范圍受P3控制。

2.4.2 洞身段

洞身段樁號378+467～380+117，洞身長1650m，隧洞段巖性為霧迷山組燧石條帶白云巖。洞身段圍巖地質比原設計情況差，原推測的Ⅱ、Ⅲ類圍巖段524m為Ⅳ類圍巖，局部洞段有滴水和混凝土噴層厚度不均的現象。根據圍巖揭露情況，對原設計堅固性系數、彈性抗力系數地質參數進行了局部調整，并對崗頭隧洞襯砌結構型式進行了優化，圍巖穩定性總體評價安全穩定。

2.4.3 出口段

出口段地質結構為土巖雙層結構，上部覆蓋層厚2～7m，主要以黃土狀壤土及紅黏黏土夾碎石為主，其下基巖為霧迷山組第三段中厚層燧石條帶白云巖。出口洞臉巖石風化較嚴重，松散碎石較多，且有3條破碎帶發育，本工程采取增設超前錨桿、格柵鋼架，處理后巖體穩定性加強。

3 塌方過程

2006年6月，汛期降雨量偏大，6月下旬和7月1日連降兩場暴雨，由于洞臉上未形成排水溝，導致洞臉以上坡面水沿巖石節理裂隙滲入，降低了巖石層面間的黏聚力。2006年7月2日凌晨1：10，崗頭隧洞右洞進口左側墻及左側頂拱部位發生第1次塌方，洞口外崩落20m3的黃泥及孤石。樁號378+467～378+477.1長10.1m范圍內的格柵鋼架發生移位，左側底腳向內移位1.5m，左拱角向下移位1.3m。

7月7日9：55，左拱角部位第2次坍塌，洞頂左側部分塊石及泥塊隨之脫落，并將洞口最外一榀拱架壓掉。坍塌方量50m3，塌落高程73.888m。

7月12日下午17：10，發生第3次塌方，坍塌方量50m3。左拱角向上延伸到高程79.888m處，左側墻延伸至分流墩中部，頂拱延伸到中心線附近。

7月12日晚，懸在洞頂部位的塊石塌落，左右方向也發生部分坍塌，即第4次塌方，坍塌方量100m3，洞口部位5榀鋼架在右拱角處折斷。

4次坍塌方量共計600m3。塌方范圍左右寬15m，上下高度20m。

4 塌方原因

4.1 地質因素

崗頭隧洞地層巖性為薊縣系霧迷山組第三段燧石條帶白云巖，中厚層～厚層，局部夾薄層，圍巖左側構造裂隙帶為主導，形成主要軟弱結構面；頂部圍巖沿層面（層面有泥膜）形成上部軟弱結構面；P3破碎帶位于洞口處，使隧洞進口近50m的范圍受P3控制，加之節理切割作用，兩組節理（節理面有泥膜）與巖層層面將圍巖切成塊狀，形成懸掛體。2006年7月1日降雨入滲，泥膜遇水凝聚力降低，當被切割的巖塊重力大于四周結構面的凝聚力時產生塌落。

4.2 施工因素

4.2.1 施工排水

隧洞進出口開挖前應仔細檢查洞臉邊坡及開挖邊線以外的巖石穩定性和安全性，并做好施工期排水。崗頭隧洞自2005年10月11日開始洞挖施工，至2006年6月18日兩洞貫穿，洞臉外圍排水溝一直未開挖形成。2006年汛期降雨量偏大，由于洞臉上未形成排水溝，導致洞臉以上坡面水沿巖石節理裂隙滲入，降低了巖石層面間的黏聚力，巖石抗剪強度降低，巖石抵抗滑動能力降低，當被切割的巖塊重力大于四周結構面巖石抗剪強度時產生塌落。

4.2.2 施工期支護

隧洞工程在進行洞臉和起始洞段開挖時，應采取有效的控制爆破措施，對洞口周圍的巖體盡量減少擾動，并采用錨噴支護等措施進行加固，洞口開挖時間應盡量避開雨季。崗頭隧洞進出口洞段開挖斷面屬大斷面，且圍巖類別分別為Ⅳ類、Ⅲ類，開洞口時應采取先邊墻后頂拱的施工方法，先開挖導洞，然后順邊墻擴挖并澆筑混凝土，邊墻全襯后再開挖頂拱，確保進洞安全。按常規的破碎巖施工方法應為小進尺、弱爆破、少擾動、強支護、快封閉進行施工。而實際開挖中采用了中導洞法施工，中導洞的斷面和進尺又較大，造成破碎的巖石懸掛在上面且底下又不能及時支護形成臨空面。洞體圍巖單層厚20～80cm，巖層傾角為11°，傾向洞內，巖層面與節理面夾有泥膜，洞身開挖后將上部巖層切斷或削弱，即使沒有其他節理和裂隙面存在，臨空面越久，倒懸在上面的巖塊如無可靠支撐也不穩定。

4.2.3 兩洞進尺相差過小

崗頭隧洞洞身段長1650m，雙洞線布置，兩條隧洞相距僅18m，按設計要求在開挖中應協調統一，左右洞開挖掌子面要嚴格控制相差50m以上，爆破時均要撤退人員和機械設備，確保安全。另外，當同一洞兩個開挖工作面在相距50m以下的距離放炮時，兩個開挖工作面處的人員均需撤離工作面； 施工過程中兩隧洞進尺相差不足10m，左洞爆破對右洞圍巖也會產生一定的震動破壞作用，加速了節理裂隙發展。

5 處理措施

2006年7月施工單位采取加強錨噴支護、落實截水導排綜合處理措施對隧洞右洞進口坍塌部位進行了處理。

5.1 加強錨噴支護

隧洞右洞進口坍塌位于隧洞右洞進口左側墻及左側頂拱部位擴展至分流墩中心線至右洞右側洞臉，位于分流墩中線右側，未涉及隧洞左洞，左洞邊坡基本穩定。鑒于塌方現狀，左洞穩定，隧洞洞臉整體不再進行削坡。左洞洞臉混凝土噴層出現多條裂縫，局部采用φ28、L=600cm砂漿錨桿進行加固；右洞塌方部位，清除松動巖塊，采用φ28、L=600cm砂漿錨桿進行加固，入巖500cm，塌坍部位采用C10素混凝土回填復位。

5.2 落實截水導排項目

崗頭隧洞洞臉邊坡排水應先于主體工程施工，邊坡排水包括基坑開挖線以內的邊坡坡面排水和開挖線以外的天然山坡排水兩部分。基坑以外的天然山坡排水，通過開挖排水溝與總干渠排水溝連通，截斷基坑以外的天然山坡水進入洞臉。在開挖線以外設一條底寬0.5m，深1.0m，邊坡1∶1的漿砌石排水溝，與總干渠排水溝連通；開挖線以內的邊坡坡面排水亦導入總干渠排水溝。在每一級馬道上設置0.3m×0.3m的漿砌石排水溝，與總干渠排水溝連通，減少雨水滲入量。崗頭隧洞自2005年10月11日開始洞挖施工，至2006年6月18日兩洞貫穿，洞臉外圍排水溝一直未開挖形成，馬道排水溝也沒形成，從而導致雨水入滲，邊坡坍塌。2006年汛期過后，施工單位及時完善了崗頭隧洞邊坡開挖線以外排水項目。

5.3 防滲導滲

崗頭隧洞洞臉二級馬道平臺，高程85.588m，寬10m，總面積650m2，現狀為干砌石，無排水溝，降雨滲水嚴重，造成節制閘電纜溝滲水。考慮到該平臺為干砌石，滲水比較嚴重，影響運行安全。為減少入滲量，二級馬道平臺采用現澆20cm厚混凝土硬化，配置φ8@200×200的鋼筋網，并增加排水溝與總干渠排水溝連通，向兩側排水。

為有效排除巖體裂隙內雨水入滲水，在81.0m高程再增設排水孔，排水孔直徑4cm，深入巖石4m，間距5m。

6 結語

（1）崗頭隧洞右洞進口塌方增加了投資，影響該隧洞的完工時間，但總體質量較好，并經受10多年通水考驗。

（2）為避免類似坍塌事故在其他工程中再次發生，施工首先完善排水系統，洞口防護完成后再進行洞身開挖，同時，對雙洞嚴格控制作業面間距，并及時進行錨噴支護。